水泵站防沙设计和布置(中)
对黄河或宽浅多沙河段拟建泵站要有规划布置方案,需进行了泵站选址、取水头部布置、浮冰进闸模拟等的试验研究,有关试验结果表明:
宽浅多沙河流岸边式取水泵站站址的选定,应建立在对所在河段的中长期演变趋势及该河段河道稳定性与河型特征的准确分析与判别的基础上,水行政管理部门所制定的规划治导线及整治工程平面布置方案是泵站选址时必须认真考虑的因素之一。
宽浅多沙河流岸边式取水泵站站址宜选在靠近主流一侧弯道顶冲点下游的送溜段,上下游河势要相对稳定。这样才能使各级流量时,主流线和深泓紧贴岸边通过,同时又避免取水头部受到顶冲。取水头部按迎水面与主流线平行相贴的形式布置较为理想。对于取水保证率要求很高的工业泵站,取水头部底板高程应参照极端枯水位确定。
在宽浅多沙河流修建岸边式取水泵站,采用叠梁闸形式的取水头部布置方案,使洪枯水季节的取水安全得到最大限度地保证并能防止推移质泥沙的进入。西北农林大学水利与建筑工程学院对多沙河流岸边式泵站优化布置方案试验研究证明,当悬移质粒径小于0.03mm时,对于河道来水含沙量小于10kg/m³的情况,利用叠梁闸可达到对河源水质初次净化的目标,但是对于少数情况下,含沙量大于10kg/m³的来水来沙,分层取水撇清效果不明显。也有研究者张向东等在文章中认为,在黄河岸边取水,为减少泥沙进入进水闸,通常采用拦沙坎、叠梁和潜堰的形式防沙,根据实测黄河含沙量其垂直分布多呈靴形,在水深2/3以下含沙量显著增加,根据黄河枯水期打渔张灌区渠首河道实测资料,河底含沙量为水面含沙量的1.2~2.2倍,所以采用一定高度的拦沙堰,或叠梁可减少泥沙进闸量和防止较粗泥沙进闸,防沙效果一般在15%左右。结合黄河浪店水源泵站工程的具体布置情况,为减少泥沙进入闸室,在进水闸前设置了72.7m×30.2m的集流坑,同时在进水闸前沿设有拦沙潜水叠梁门,叠梁高度可视运行情况设置0. 9m、0.6m等几种情况。经清华大学水利水电工程系及山西省水利科学研究所模型试验验证,闸前设集流坑除集流作用外,还可预沉泥沙,以减少水泵抽水含沙量,试验建议集流坑尺寸为60m×40m,设置0.9m的叠梁拦沙效果优于0.6m,同时证明当引水含沙量较低时拦截泥沙的百分数要高,随着含沙量增加,拦截泥沙的百分数逐渐降低,但从绝对量来看,含沙量高的•情况下要比含沙量低的情况拦截泥沙量大,因此确定当黄河含沙量高于50kg/m³时,泵站停止引水。为减少泥沙进入进水闸,工程还配设了水陆两用挖掘机,及时挖除集流坑内的泥沙。值得关注的是宽浅多沙河流的河势对护滩及护岸工程较敏感,泵站站址区的岸坡防护与加固,应以不影响取水头部最佳水流条件为前提,同时满足设计上对取水头部安全稳定性的要求。对于主流摆动的河道,例如黄河北干流,则水源引进成为关键问题,由于主流摆动,影响头部取水的稳定,因此在运行中不得不增加水源泵站(浮体泵站)建造出具有黄河特色的水源泵站,既能适应水位上下波动的影响,又能根据水源流变化而满足搬迁移动的要求。所建泵站若能像作业面上使用的可移动泵,那将成为最理想的泵站形式。实践说明,夹马口扬水处2000年试验成功的浮体泵站可以满足上述要求。但也有研究者张向东、董健莉在“黄河小北干流上应用大型潜水电泵泵站设计特点”一文中认为:
对于在黄河岸边取水的方案,前期曾比较了固定泵站方案,浮船泵站方案,泵车取水方案,多口取水移动泵方案等,并进行了技术经济比较,认为采用多口取水移动泵方案,可以较好的适应黄河主流摆动,着流点不稳的特点,取水保证率较高,因此,取水方案采用多口取水移动泵方案。但是,这是不得不而为之,却要付出多一台阶的泵站的代价。张向东对移动泵型进行论证后,经技术经济比较,采用大型潜水电泵比常规轴流泵可节省投资20%左右,故此,选择大型潜水电泵方案。
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